Programa de Pós Graduação em Sistemas de
Produção Agrícola Familiar
Dissertação
Semeadora de tração humana:
Projeto informacional e conceitual
Giusepe Stefanello
Giusepe Stefanello
Semeadora de tração humana:
Projeto informacional e conceitual
Dissertação apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Produção Agrícola Familiar da Universidade Federal de Pelotas, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Agronomia.
Orientador: Prof. Dr. Antônio Lilles Tavares Machado (DER-FAEM-UFPEL) Coorientador: Prof. Dr. Ângelo Vieira dos Reis (DER-FAEM-UFPEL)
Dados de catalogação na fonte: Ubirajara Buddin Cruz – CRB-10/901 Biblioteca de Ciência & Tecnologia - UFPel
S816s Stefanello, Giusepe
Semeadora de tração humana: projeto informacional e conceitual / Giusepe Stefanello. – 84f. – Dissertação
(Mestra-do). Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Produção Agrícola Familiar. Universidade Federal de Pelotas. Faculda-de Faculda-de Agronomia Eliseu Maciel. Pelotas, 2013. – Orientador
Antônio Lilles Tavares Machado; co-orientador Ângelo Vieira dos Reis.
1.Agricultura familiar. 2.Plantio direto. 3.Semeadora ma-nual. I.Machado, Antônio Lilles Tavares. II.Reis, Ângelo Vieira dos. III.Título.
Banca examinadora:
Prof. Dr. Antônio Lilles Tavares Machado (presidente) Pesq. Dr. Sérgio Junichi Idehara (EMBRAPA)
Prof. Dr. Roberto Lilles Tavares Machado (UFPEL) Prof. Dr. Mauro Fernando Ferreira (suplente) Prof. Dr. Amauri Cruz Espírito Santo (suplente)
Agradecimentos
Agradeço primeiramente à minha esposa Ludmila pelo companheirismo e exemplo de dedicação afetiva e profissional. Aos meus pais por terem me ensinado os tão importantes princípios e por me apoiarem em mais uma etapa de construção do conhecimento. À minha família, por estarem sempre ao meu lado, incentivando, aconselhando e mostrando o caminho certo.
Agradeço aos professores Antônio Lilles Tavares Machado e Ângelo Vieira dos Reis pela orientação, disponibilidade, amizade, profissionalismo, paciência, ajuda e atenção. Aos integrantes da equipe de projeto e aos demais professores, colegas, bolsistas e estagiários do Departamento de Engenharia Rural - FAEM-UFPEL e do Programa de Pós Graduação em Sistemas de Produção Agrícola Familiar que participaram no desenvolvimento deste trabalho.
Ao pesquisador da Embrapa Irajá Ferreira Antunes e ao extensionista da Emater Fernando Luiz Horn pelas valiosas informações.
À CAPES, CNPq e FAPERGS pelo apoio financeiro com concessão da bolsa de mestrado, financiamento de projetos e bolsas de Iniciação Científica para os colaboradores da graduação.
A todos que participaram e contribuíram de alguma forma para o desenvolvimento do presente trabalho, através de suas ideias, experiências, sensibilidades e conhecimentos.
Enfim...
Resumo
STEFANELLO, Giusepe. Semeadora de tração humana: Projeto informacional e conceitual. 2013. 84f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Produção Agrícola Familiar. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas. O milho e o feijão são semeados em grande número de pequenas propriedades agrícolas e geralmente em sistema convencional de cultivo. Há interesse dos agricultores familiares em migrar para o sistema de semeadura direta, porém não estão disponíveis no mercado semeadoras de pequeno porte adequadas para esse fim. Na região sul do Brasil foi constatada a utilização de semeadoras manuais portáteis (saraquá) por mais da metade desses agricultores, inclusive para semeadura direta. Apesar dos fatores positivos da sua utilização, há restrições de capacidade e desempenho operacional, além de problemas ergonômicos. As empresas não se interessam em projetar equipamentos mais adequados para esse segmento, continuando a produzir semeadoras antiquadas. É urgente o desenvolvimento de equipamentos desse porte, que confiram maior qualidade na semeadura dessas culturas e reduzam a dificuldade de trabalho desses agricultores. O objetivo do presente trabalho foi, através de metodologia de projeto, realizar as fases de projeto informacional e projeto conceitual de uma semeadora de tração humana para semeadura direta de milho e feijão. Foram desenvolvidas concepções capazes de realizar semeadura direta e convencional, focando nas reais necessidades tecnológicas relativas ao cultivo dessas culturas. Foi escolhida uma, dentre as concepções da semeadora, a qual evoluiu para a concepção final, utilizando princípios de solução existentes e atualmente empregados, obtendo-se a concepção de uma semeadora puncionadora de empurrar com características superiores em relação às semeadoras atualmente disponíveis. A mesma é constituída de estrutura tubular de aço, um dosador tipo anel vertical, nove puncionadores, rodas limitadoras de profundidade e roda cobridora compactadora, que permitem a semeadura com qualidade, mínimo revolvimento do solo e, consequentemente, mínima demanda energética.
Abstract
STEFANELLO, Giusepe. Human-powered planter: Informational and conceptual design. 2013. 84p. Thesis (Masters Degree) - Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Produção Agrícola Familiar. Federal University of Pelotas, Pelotas, Brazil.
The crops of corn and beans are sown on a large number of small farms where conventional tillage is commonly used. The farmers are interested in adopting no tillage farming. However, small planters suited for this purpose are not available in the market. The portable hand seeder (jab-type) was found to be used for more than half of these farmers, including direct seeding, in southern Brazil. Despite the positive factors of their use, there are field capacity and operating performance constraints as well as ergonomic problems. Companies are not interested in designing equipment better suited for this segment, continuing to produce old-fashioned planters. It is urgent to develop equipment of this size in order to enhance the sowing quality of these crops and to reduce the difficulty of the work of these farmers. The aim of this work was to conduct informational and conceptual design phases of a human-powered planter for direct seeding of corn and beans employing a design methodology. Drill concepts capable of performing tillage and no-tillage seeding have been developed, focusing on real technological needs related to the cultivation of these crops. One was chosen, among the concepts of the planters, which evolved into a final design, using currently existing principles of solution, obtaining the design of a push punch planter with superior characteristics when compared with the planters currently available. The concept is formed by a tubular steel frame, a ring-type vertical seed meter, nine punchers, depth gauge wheels and closure and firming wheel, enabling sowing quality, minimum soil disturbance and hence minimum energy demand.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Discos de corte dentado (A), recortado (B) e liso (C), todos com mesmo
diâmetro externo e central. Fonte: Bianchini & Magalhães, 2008. ... 17
Figura 2 – Modelo do processo de projeto proposto pelo NeDIP. Fonte: Oldoni, 2012. ... 23
Figura 3 – Construção da matriz da casa da qualidade (QFD). Fonte: Adaptado de REIS (2003). ... 24
Figura 4 – Requisitos de projeto obtidos com auxílio da lista de atributos proposta por Fonseca (2000). Fonte: Adaptado de Reis (2003). ... 39
Figura 5 – Valoração dos requisitos dos clientes através do Diagrama de Mudge. .. 40
Figura 6 – Interface do software WinQFD com o resultado da aplicação da Matriz da Casa da Qualidade (QFD). ... 42
Figura 7 – Função global do sistema técnico da semeadora. ... 49
Figura 8 – Primeiro nível de desdobramento da função global da semeadora: funções parciais... 49
Figura 9 – Segundo nível de desdobramento da função global da semeadora: funções elementares. ... 50
Figura 10 – Representação esquemática de configurações de semeadora puncionadora: A) portátil, um dosador e um abridor de solo; B) de empurrar, um dosador e múltiplos abridores de solo; C) de empurrar, múltiplos dosadores e um abridor de solo para cada dosador. ... 51
Figura 11 – Estrutura funcional genérica para semeadora portátil com um dosador e um abridor de solo. ... 51
Figura 12 – Estrutura funcional genérica para semeadora de empurrar com um dosador e múltiplos abridores de solo. ... 51
Figura 13 – Estrutura funcional genérica para semeadora de empurrar com múltiplos dosadores e um abridor de solo para cada dosador. ... 51
Figura 14 – Estrutura funcional A: semeadora portátil com um dosador e um abridor de solo. ... 55
Figura 15 – Estrutura funcional B: semeadora de empurrar com um dosador e múltiplos abridores de solo. ... 56
Figura 16 – Estrutura funcional C: semeadora de empurrar com múltiplos dosadores e um abridor de solo para cada dosador. ... 57
Figura 17 – Combinações dos princípios de solução para abertura do solo e dosagem de sementes. ... 63
Figura 18 – Semeadora puncionadora de tração humana: Concepção A. ... 70
Figura 19 – Semeadora puncionadora de tração humana: Concepção B. ... 72
Figura 20 – Semeadora puncionadora de tração humana: Concepção C. ... 73
Figura 21 – Componentes da semeadora puncionadora de tração humana. ... 75
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Fases do ciclo de vida e clientes da semeadora... 30 Tabela 2 – Informações a serem obtidas nas fases do ciclo de vida da semeadora. 31 Tabela 3 – Características das propriedades rurais, em porcentagem, de alguns
municípios da Metade Sul do RS, de acordo com diferentes autores. . 32 Tabela 4 – Classificação dos requisitos dos clientes segundo 10 categorias em
ordem decrescente de importância. ... 41 Tabela 5 – Classificação dos requisitos de projeto pelo QFD (sem telhado). ... 43 Tabela 6 – Classificação dos requisitos de projeto pelo QFD (com o telhado). ... 43 Tabela 7 – Especificações de projeto consideradas mais importantes (terço
superior). ... 45 Tabela 8 – Especificações de projeto consideradas importantes (terço médio). ... 46 Tabela 9 – Especificações de projeto menos importantes (terço inferior). ... 46 Tabela 10 – Entradas e saídas de energia, material e sinal do sistema técnico da
semeadora. ... 48 Tabela 11 – Avaliação de configurações para a estrutura funcional da semeadora. 50 Tabela 12– Notação, detalhamento e fluxo de sinal, energia e material das funções
parciais, auxiliares e elementares. ... 53 Tabela 13 – Matriz de avaliação das estruturas funcionais em relação aos requisitos
de projeto considerados importantes e não utilizados no QFD. ... 58 Tabela 14 – Matriz de decisão para escolha da estrutura funcional. ... 59 Tabela 15 – Matriz Morfológica com princípios de solução para as funções
elementares da semeadora. ... 60 Tabela 16 – Combinações dos princípios de solução para as funções elementares. ... 65 Tabela 17 – Julgamento de viabilidade das combinações preliminares. ... 67 Tabela 18 – Resultados do exame passa/não passa das concepções resultantes. . 68 Tabela 19 – Matriz de avaliação das combinações de princípios de solução. ... 69 Tabela 20 – Matriz de avaliação das concepções da semeadora puncionadora. ... 74
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 9
2 REVISÃO DE LITERATURA ... 11
2.1 Agricultura Familiar ... 11
2.2 Semeadoras manuais e de tração humana ... 14
2.3Aspectos agronômicos da semeadura de milho ... 18
2.4Aspectos agronômicos da semeadura de feijão ... 20
2.5Metodologias de Projeto de Máquinas Agrícolas ... 21
3MATERIAL E MÉTODOS ... 25
3.1Projeto Informacional... 25
3.2Projeto conceitual ... 27
4RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 30
4.1Necessidades dos clientes do projeto ... 30
4.2Estabelecimento dos requisitos dos clientes ... 36
4.3Estabelecimento dos requisitos de projeto ... 37
4.4Hierarquização dos requisitos de projeto ... 40
4.5Estabelecimento das especificações de projeto ... 44
4.6Verificação do escopo do problema ... 47
4.7Estabelecimento da função global e subfunções ... 48
4.8Elaboração das estruturas funcionais alternativas ... 50
4.9Seleção da estrutura funcional ... 57
4.10Pesquisa e combinação de princípios de solução ... 60
4.11Seleção das combinações de princípios de solução ... 66
4.12Evolução em variantes de concepção ... 69
4.13Avaliação das concepções, seleção e evolução ... 73
5CONCLUSÕES ... 78
6RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 79
1 INTRODUÇÃO
A agricultura de base familiar na tentativa de adotar práticas menos impactantes, na produção de alimentos, encontra algumas dificuldades. As semeadoras existentes no mercado geralmente não são utilizáveis ou adequadas às necessidades da agricultura de pequena escala. Esses equipamentos apresentam sérias deficiências de ergonomia, alta exigência de potência para sua tração, altos custos de aquisição, de operação e de manutenção, imprecisão na semeadura, dentre outras. As técnicas conservacionistas de manejo, como a semeadura direta, dependem da utilização de equipamentos adequados para sua implantação. A transição para o formato conservacionista demanda semeadoras que permitam sua utilização tanto no sistema convencional quanto no sistema de semeadura direta. Garante-se, dessa forma, uma mudança gradual ou alternância entre esses sistemas, evitando-se que o equipamento caia em desuso.
Uma máquina adequada possibilita, ainda, o seu emprego na agricultura de base ecológica, que utiliza, essencialmente, o cultivo de forma convencional, visto que neste formato de produção não é possível o manejo de plantas com a utilização de herbicidas, dependendo os agricultores, da mobilização do solo para este fim. Na região sul do Brasil, principalmente na região sul do RS, foi constatada, por vários pesquisadores e extensionistas, a utilização de semeadoras manuais do tipo “saraquá” por mais da metade dos agricultores de base familiar. Isso se justifica pelo baixo custo de aquisição dessas semeadoras, facilidade de operação, menor mobilização do solo e demanda de potência, pequeno tamanho e massa, possibilita desviar de pedras e tocos, são adequadas para terrenos declivosos, pedregosos, em semeadura consorciada e direta. Apesar dos fatores positivos da utilização destes equipamentos, existem algumas restrições como baixo desempenho operacional, irregularidade na dosagem e deposição de sementes, maior tempo para realizar a semeadura, além de problemas de engenharia e ergonômicos, como grande exigência de esforço físico.
Dentre as culturas anuais mais cultivadas por esses agricultores, destacam-se o milho e o feijão predestacam-sentes em praticamente todas as propriedades e geralmente cobrindo a maior área de cultivo. Apesar dessa demanda por semeadoras manuais ou de tração humana existir, as empresas não se interessam em desembolsar recursos para o projeto de equipamentos mais adequados para esse segmento. Com isso perpetuam a fabricação de máquinas como o “saraquá”, desenvolvidas há mais de um século.
Portanto, é urgente o desenvolvimento, para agricultores de base familiar, de equipamentos adequados, que confiram maior qualidade na semeadura dessas culturas e reduzam a dificuldade do trabalho desses agricultores.
A abordagem do presente estudo foi balizada na possibilidade de se conceber uma semeadora a tração humana ou manual capaz de executar semeadura direta de sementes graúdas.
Utilizando uma metodologia de projeto estruturada, esta dissertação objetiva realizar as fases do projeto informacional e projeto conceitual de uma semeadora manual para milho e feijão. Desenvolveu-se concepções de uma máquina capaz de realizar semeadura direta e convencional, sendo destinada a agricultores de base familiar. No decorrer do projeto foram investigadas as reais necessidades tecnológicas relativas ao cultivo das culturas anuais de milho e feijão nos estabelecimentos agrícolas de base familiar do Rio Grande do Sul. Finalmente, elaborou-se três concepções de semeadora e escolheu-se uma, dentre as concepções, a fim de atender as necessidades levantadas junto aos agricultores e recomendações agronômicas para as culturas de milho e feijão.
O público alvo deste trabalho foi, em primeiro lugar, os agricultores de base familiar e ou ecológica do Rio Grande do Sul, interessados em soluções racionais relacionadas aos equipamentos utilizados na semeadura de milho e feijão. Em segundo lugar, contemplam-se os pequenos empresários ou agricultores interessados em fabricar a máquina em oficinas e serralherias e posteriormente comercializá-las.
Buscou-se desenvolver concepções dessa máquina utilizando princípios de solução já existentes e atualmente empregados, obtendo-se a concepção de uma semeadora puncionadora de empurrar, capaz de atender as necessidades dos usuários e permitir a continuidade do projeto, que resultará futuramente em um protótipo desse equipamento.
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Agricultura Familiar
No Brasil, os estabelecimentos rurais com área inferior a 10 hectares constituem 50,3% (1,8 milhão de unidades) dos estabelecimentos e ocupam apenas 2,4% da área total (6,3 milhões de hectares) (IBGE, 2006). No entanto, essa dimensão de área não serve para generalizar a determinação da característica socioeconômica dos agricultores detentores desses imóveis. Em função das características sociais, econômicas, culturais, geográficas, entre outras, existem diferentes tamanhos de área para que uma propriedade seja considerada propriedade familiar. Isso se deve às dimensões dos chamados módulos rurais, que são díspares para cada município das unidades da federação. De acordo com a Lei 8.629 de 1993, o imóvel rural com área inferior a um módulo fiscal é classificado como minifúndio, já a pequena propriedade é o imóvel rural com área compreendida entre um e quatro módulos fiscais (BRASIL, 1993).
A Lei No 11.326, de 24 de julho de 2006, considera agricultor familiar e empreendedor familiar rural aquele que pratica atividades no meio rural e que: não detenha área maior do que quatro módulos fiscais; utilize predominantemente mão de obra da própria família nas atividades econômicas do seu estabelecimento ou empreendimento; tenha percentual mínimo da renda familiar originada de atividades econômicas do seu estabelecimento ou empreendimento; dirija seu estabelecimento ou empreendimento com sua família (BRASIL, 2006). O agricultor familiar poderá ser detentor de um minifúndio ou de uma pequena propriedade.
Os termos e conceitos apresentados até o momento remetem a um termo mais abrangente que é a Agricultura Familiar ou simplesmente AF. Na literatura também é encontrado o termo de forma mais abarcante, “agricultura de base familiar”.
Devido à sua enorme diversidade cultural e de aptidão, a AF está presente em praticamente todas as atividades agropecuárias em todas as regiões do Brasil (NAVARRO, 2010). Considerando as diferenças do perfil da AF, citadas pelo autor, percebe-se a necessidade de ações com foco local, procurando atender com maior plenitude suas demandas nas diferentes atividades.
Em 2006, segundo o Censo Agropecuário, realizado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), 84,4% dos estabelecimentos rurais do país eram da AF, que ocupava aproximadamente um quarto da área dos estabelecimentos agrícolas do país (24,3%). Utilizando um quinto de suas terras para lavouras e menos da metade para pastagens, ela é capaz de gerar muito mais empregos do que a agricultura patronal. No total a AF empregava 12,3 milhões de pessoas contra 4,2 milhões de pessoas empregadas pela agricultura patronal o que representa, respectivamente, 74,4% e 25,6%. No Rio Grande do Sul, 85,75% dos estabelecimentos agrícolas foram caracterizados como de agricultura familiar, ocupando apenas 30,55% da área total dos estabelecimentos (IBGE, 2006).
Produzindo os principais itens da cesta básica, a AF demonstra sua importância na oferta de alimentos, sendo responsável pela maior parte da produção nacional de mandioca (87%) e feijão (70%), quase metade do milho (46%), além de café (38%), arroz (34%), trigo (21%) e soja (16%). Na pecuária produz 59% dos suínos, 50% das aves, 30% dos bovinos e 58% do leite (IBGE, 2006).
Na Metade Sul do RS, foram conduzidos trabalhos para identificar as características e necessidades dos agricultores de base familiar, de suas propriedades e dos sistemas de cultivo. Alguns desses estudos foram realizados nos municípios de Pelotas (STORCH et al., 2004), Pelotas, Arroio do Padre, Canguçu, Turuçu e Morro Redondo (TEIXEIRA et al., 2009), Canguçu, São Lourenço do Sul, Herval e Jaguarão (STEFANELLO et al., 2009; MACHADO et al., 2010a), Pelotas, Morro Redondo e Turuçú (ANDERSSON, 2010), Tavares, São José do Norte, Rio Grande (OLDONI, 2012) e Pelotas, São Lourenço do Sul, Canguçu e Morro Redondo (CALDEIRA et al., 2011). Foi demonstrado que a área total é de no máximo 20 ha e a área utilizada para cultivos é de até 10 ha para mais da metade das propriedades desses agricultores. Dependendo da região, mas principalmente nas propriedades agroecológicas, são predominantes áreas de cultivo menores e uso intensivo de trabalhos manuais ou com equipamentos de
tração humana (STORCH et al., 2004; TEIXEIRA et al., 2009; CALDEIRA et al., 2011).
Dentre os principais produtos de lavouras temporárias, produzidos por esses agricultores, destacam-se o milho, cultivado em praticamente todas as propriedades, seguido pelo feijão, presente em grande número de estabelecimentos. Para alguns grupos de agricultores, além de outros equipamentos, a semeadora de milho e feijão se apresentou como a maior necessidade. Para a semeadura dessas culturas, na maioria das vezes são utilizadas as semeadoras manuais. A menor utilização de semeadoras de tração mecânica (trator) e a grande utilização da semeadora manual pode ser justificada pela pouca oferta deste tipo de máquina adaptada às pequenas propriedades e ao elevado valor das semeadoras de tração mecânica. O tipo de cultivo predominante é o convencional, fato este que se repetiu em maior ou menor grau em todas as localidades. Há interesse de viabilizar a implantação do sistema de semeadura direta e em vários momentos é mencionada a necessidade de semeadoras para esse fim. Em relação aos equipamentos agrícolas, os agricultores citam como necessidades ou expectativas, melhor desempenho, eficiência, praticidade, conforto, rapidez nas operações e baixo custo de aquisição (STORCH et
al., 2004; TEIXEIRA et al., 2009; STEFANELLO et al., 2009; MACHADO et al.,
2010a; ANDERSSON, 2010; CALDEIRA et al., 2011; OLDONI, 2012).
A AF, através do Programa Nacional de Fortalecimento da Agricultura Familiar (PRONAF) e do Programa Mais Alimentos, tem ampliado a mecanização de suas atividades agropecuárias com a aquisição de equipamentos. Entretanto, há carência de máquinas e implementos de baixa potência apropriados às condições desses agricultores. Os equipamentos disponíveis provêm de fabricantes de pequeno porte ou são importados, o que gera insegurança sobre vários aspectos. O emprego de máquinas agrícolas inadequadas pode trazer prejuízos nos campos técnico, econômico e ambiental. Dentre os principais problemas destacam-se os relacionados aos custos, operação, manutenção, eficiência, durabilidade, além de compactação e erosão do solo e contaminação química do solo e da água (MACHADO et al., 2010b).
Portanto, a Agricultura Familiar necessita de apoio na apropriação de tecnologia e informações, o que pode ser alcançado com investigação de suas principais necessidades e desenvolvimento de projetos de máquinas para atendê-las.
2.2 Semeadoras manuais e de tração humana
Em trabalhos que demandam baixa potência, a força humana é empregada com sucesso. Pode-se aplicá-la no uso e acionamento de ferramentas agrícolas simples, como enxadas, ancinhos, podadores, ou no transporte e acionamento de equipamentos operados por alavancas, como é o caso das semeadoras manuais. São denominados equipamentos manuais ou de tração humana aqueles acionados ou tracionados apenas com a força muscular humana (GARCIA, 2012).
O homem sob esforço contínuo pode desenvolver, aproximadamente, uma potência de 0,1cv em um período de oito horas. Uma pessoa pode tracionar ou empurrar aproximadamente 55kgf e, com apoio em suportes com rodados essa capacidade é igual ao próprio peso para distâncias curtas e metade disso para longas distâncias. Apesar da baixa disponibilidade de potência, o homem tem a vantagem de atuar racionalmente na execução de trabalhos com ferramentas manuais, corrigindo falhas em tempo real (CAMPBELL, 1990; BERETTA, 1998).
As pequenas propriedades agrícolas são geralmente caracterizadas por disponibilidade de fontes de baixa potência, muitas vezes acompanhada por recursos financeiros limitados. A utilização de máquinas e implementos de grande porte não é prática nem possível para muitos agricultores que cultivam pequenas áreas. Por estas razões a maioria desses agricultores utiliza dispositivos de tração humana ou de operação manual como semeadoras manuais (RIBEIRO et al. 2006).
Em municípios da Metade Sul do estado do Rio Grande do Sul, muitos agricultores familiares utilizam apenas a força humana para as operações agrícolas. Nessa região são frequentes as situações onde é realizado o preparo primário do solo com implementos tracionados por trator (alugado ou da prefeitura) ou animais e em seguida é realizada a semeadura com semeadoras manuais ou enxadas. São várias as máquinas e implementos agrícolas necessários aos agricultores, destacando-se a semeadora de milho e feijão, adequada principalmente à semeadura direta (SANTOS et al., 1998; TEIXEIRA, 2008; TEIXEIRA et al., 2009; STEFANELLO et al., 2009; MACHADO et al., 2010a).
As semeadoras manuais têm baixo custo de aquisição, facilidade de operação, menor mobilização do solo e demanda de potência, pequeno tamanho e massa, possibilidade de desviar pedras e tocos, operando em terrenos declivosos, pedregosos, em semeadura consorciada e direta. Apesar dessas vantagens, as
semeadoras manuais falham em aspectos ergonômicos, capacidade operacional e precisão de dosagem, resultando em baixa produtividade de grãos (MOLIN; D’AGOSTINI 1996).
Avaliando o desempenho de 15 semeadoras manuais utilizadas por agricultores brasileiros, Molin, Menegatti e Gimenez (2001) encontraram grande irregularidade na vazão do mecanismo dosador das diferentes máquinas, sendo poucas as que apresentaram comportamento satisfatório. Os baixos índices de acerto, alto coeficiente de variação entre repetições e alto desvio-padrão obtidos por algumas semeadoras indicaram problemas estruturais e falhas nos mecanismos dosadores, que permitiam a ocorrência de grandes variações no número de sementes depositado por ciclo. Segundo os autores, a qualidade construtiva e acabamentos das máquinas e mecanismos dosadores são essenciais para melhor regularidade na dosagem de sementes.
Além das semeadoras manuais portáteis, há ainda as semeadoras manuais de empurrar, que foram inicialmente projetadas para trabalhar em sistemas de semeadura convencional, requerendo preparo do solo para um funcionamento satisfatório (LEONARD, 1981). A partir dos primeiros modelos de semeadoras de empurrar, foram inseridas inovações nos mecanismos de abertura de sulco, tipos de rabiças, dosadores, materiais e outros componentes. Essas semeadoras, em termos de tipo de componentes, são muito semelhantes aos modelos de tração mecânica encontradas no mercado.
Outra inovação introduzida nos projetos de semeadoras de empurrar foi a utilização dos puncionadores. Nas semeadoras dotadas desses componentes não é criado um sulco no solo, mas sim uma série de orifícios onde uma ou mais sementes são colocadas. Essas semeadoras são comumente utilizadas para estabelecer culturas em pequena escala, em sistemas de produção agrícola com poucos recursos. A maioria dessas máquinas usa um dosador de sementes e um depósito de onde as sementes são transferidas para o puncionador para deposição direta no solo. Normalmente possuem múltiplos puncionadores montados em torno de um cilindro ou roda e algumas foram concebidas com um único puncionador vertical alternativo para efeito de colocação de sementes ao longo da linha (MURRAY; TULLBERG; BASNET, 2006).
Até o final do século passado pouca pesquisa havia sido dedicada ao desenvolvimento da semeadura em covas e, no caso da tração animal, praticamente
não havia utilização deste tipo de equipamento (SCHEIDTWEILER 1999). O autor avaliou um protótipo que utilizava um conceito com pás abridoras de covas dispostas radialmente em torno de uma roda com angulação horizontal e vertical. O equipamento atendeu satisfatoriamente as necessidades dos agricultores em relação ao SSD, perturbando minimamente a palhada sobre o solo e permitindo a supressão de plantas daninhas sem uso de herbicidas.
Alguns protótipos foram desenvolvidos visando colocar uma única semente por cova, trabalhando em velocidades equivalentes a de uma caminhada normal e exigindo menor esforço humano do que com as semeadoras manuais portáteis. A velocidade e, em consequência, a capacidade de campo, pode ser facilmente dobrada. Em termos de aspectos ergonômicos, o operador não necessita carregar a máquina, apenas empurrá-la (MOLIN; D’AGOSTINI, 1996).
Jayan e Kumar (2006) desenvolveram e testaram os componentes principais de uma semeadora puncionadora para milho, com portas ativas acionadas por cames em laboratório, sob condição estática, utilizando bancada e caixas de solo (Vertissolo). O desempenho do mecanismo foi avaliado em termos de profundidade de deposição de sementes, padrão de deposição de sementes e distância entre covas para diferentes velocidades, regulagens de profundidade e teores de água no solo. Os resultados indicaram que o ajuste de profundidade e velocidade de avanço influenciaram o padrão de deposição de sementes e que o teor de água do solo não afetou o número de sementes depositadas nas covas.
Na tentativa de solucionar o problema do ajuste de espaçamentos entre covas em semeadoras puncionadoras rotativas, Molin (2002) apresentou um estudo sobre um protótipo, desenvolvido com base em trabalhos anteriores, capaz de ajustar o seu diâmetro de modo que as pontas alterassem a distância entre si, produzindo espaçamentos entre 0,16 e 0,21m. A ideia é baseada em um conjunto de duas placas opostas com ranhuras em espiral e uma terceira placa com ranhuras radiais entre essas duas. Com um esforço externo as pontas anexadas às placas deslizantes irão expandir ou contrair.
O interesse nos puncionadores é facilmente explicado pela sua menor demanda energética, principalmente quando comparados aos dispositivos de abertura de sulco contínuo no solo. Essa diferença pode ser facilmente compreendida, analogamente, a partir da comparação dos discos de corte dos tipos dentado (com pontas em forma de cunha), recortado e liso. Bianchini e Magalhães
(2008) avaliaram os esforços atuantes nesses três tipos de discos de corte operando a 0,08m de profundidade sobre palha de cana de açúcar. Constataram que, em relação aos discos lisos (Fig. 1-C), os discos dentados (Fig. 1-A) demandam apenas 35% da força vertical e horizontal. Os discos recortados (Fig. 1-B) necessitam um pouco mais (60% e 64% respectivamente) em relação aos discos lisos. As forças verticais e horizontais demandadas pelos discos lisos são respectivamente de 360kgf e 94kgf e dos discos dentados de 124kgf e 32kgf.
Figura 1 – Discos de corte dentado (A), recortado (B) e liso (C), todos com mesmo diâmetro externo e central. Fonte: Bianchini & Magalhães, 2008.
Na avaliação de uma semeadora-adubadora de tração animal realizando semeadura direta de feijão, Almeida e Silva (1999) obtiveram dados médios de 75kgf de esforço de tração para cada linha da semeadora. Considerando os dados de Bianchini e Magalhães (2008) (condições mais severas devido à palha de cana de açúcar em sistema intensivo de mecanização) relativos ao esforço de tração de 94kgf por disco (liso) podemos estimar uma demanda em torno dos valores de tração para o disco dentado para uma semeadora puncionadora, que corresponderia a 32kgf. Essa demanda de tração demonstra compatibilidade com a capacidade do ser humano realizar trabalho.
Superadas algumas limitações de projeto, a utilização de semeadoras puncionadoras possibilitaria uma série de vantagens aos agricultores. Essas máquinas representam um grande potencial de redução do consumo energético na operação de semeadura direta (MURRAY; TULLBERG; BASNET, 2006). A disponibilidade de semeadoras de baixo custo, eficientes, de fácil operação e manutenção, viabilizaria o aumento da produtividade e consequentemente da renda do agricultor, facilitando sua inclusão no mercado de um modo socialmente mais justo (TEIXEIRA, 2008).
2.3 Aspectos agronômicos da semeadura de milho
O Rio Grande do Sul participa com 8,2% da área cultivada no país e aproximadamente 20% do total das áreas semeadas no estado. As unidades de produção familiares cultivam milho para o mercado ou para consumo na propriedade, transformando-o em carne, ovos e leite (FEPAGRO; EMATER-RS/ASCAR, 2011).
A forma e tamanho das sementes de milho interferem no ajuste das semeadoras, podendo afetar a velocidade e a porcentagem de germinação. Pesquisas indicam vantagens do uso de sementes maiores, especialmente se semeadas em maior profundidade (RODRIGUES; GUADAGNIN; PORTO, 2009; FEPAGRO; EMATER-RS/ASCAR, 2011).
Para maximizar a interceptação da radiação solar, otimizar o seu uso e potencializar o rendimento de grãos, a manipulação do arranjo de plantas de milho, através de alterações na densidade de plantas, de espaçamento entre linhas, de distribuição de plantas na linha e na variabilidade entre plantas, é uma das práticas de manejo mais importantes. Teoricamente o melhor arranjo é aquele que proporciona distribuição mais uniforme de plantas por área. Espaçamentos equidistantes entre plantas, quando comparados aos convencionalmente utilizados, possibilitam maior eficiência no uso da água, com menor perda por evaporação pela melhor cobertura do solo, e melhor aproveitamento dos nutrientes devido ao maior volume de solo explorado pelas raízes. A redução do espaçamento e o aumento da densidade de plantas possibilita maior e mais rápida cobertura do solo, o que aumenta a competição da cultura e favorece a supressão das plantas daninhas (ARGENTA; SILVA; SANGOI 2001; BRACHTVOGEL, 2008).
O número de plantas por unidade de área é o que se entende por densidade de plantas, e seu valor ótimo (maior produtividade) é variável para cada situação, dependendo da cultivar e das disponibilidades hídrica e de nutrientes no solo. A densidade de plantas é a forma de manipulação do arranjo de plantas que mais interfere no rendimento de grãos. No entanto, aumentar a população de plantas por unidade de área, aumenta a demanda por nutrientes e água que, se não for devidamente suprida qualitativa e quantitativamente, reduz o diâmetro do colmo e há maior susceptibilidade a acamamento, quebramento e infecção por fungos (podridões do colmo e espiga) (BRACHTVOGEL, 2008; BRACHTVOGEL et al.,
2009; RODRIGUES; GUADAGNIN; PORTO, 2009; EMBRAPA, 2010; FEPAGRO; EMATER-RS/ASCAR, 2011).
A população recomendada varia de 40.000 a 80.000 plantas.ha-1, dependendo da disponibilidade hídrica, da fertilidade do solo, do ciclo da cultivar, da época de semeadura e do espaçamento entre linhas (EMBRAPA, 2010). Para milho irrigado, incrementos acima de 80.000 plantas.ha-1 proporcionam maior produtividade (SILVA et al., 2010).
No Brasil é usual o espaçamento entre linhas de 0,8 a 1,0 m, adequado aos equipamentos existentes para semeadura, tratos culturais e colheita. Espaçamentos de 0,45 a 0,60m são utilizados principalmente para densidades de semeadura maiores que 50.000 plantas.ha-1. A redução dessas dimensões não traz necessariamente aumento de produtividade, sendo ainda necessários ajustes à semeadura, à aplicação de tratos culturais e à colheita (RESENDE; VON PINHO; VASCONCELOS, 2003; CRUZ et al. (2007); EMBRAPA, 2010; FEPAGRO; EMATER-RS/ASCAR, 2011).
Na semeadura manual de milho é prática comum o estabelecimento de duas a três plantas por cova e, em geral, não há redução no rendimento de grãos de milho em relação à distribuição uniforme de sementes na linha, desde que seja mantida a mesma densidade de plantas. A produtividade de grãos obtida nesses casos varia de 6.000 a 9.000kg.ha-1 (FEPAGRO; EMATER-RS/ASCAR, 2011). Segundo Brachtvogel (2008) e Brachtvogel et al. (2009), o desenvolvimento e a produtividade de plantas de milho é influenciada pela área alocada à planta, e não pela forma como é alocada, independendo do arranjo espacial.
Nas semeaduras precoces ou em regiões mais frias deve-se utilizar menores profundidades de semeadura, entre 0,03 e 0,04m e em solos mais pesados, mal drenados ou com fatores que dificultam a emergência das plântulas, no máximo 0,05 m. Semeaduras nas épocas intermediária e tardia requerem maior profundidade, devido à maior temperatura do solo e para possibilitar que a umidade do solo seja adequada para a germinação e a emergência das plântulas. Já em solos mais leves ou arenosos, as sementes podem ser depositadas entre 0,05 e 0,07m de profundidade. Plantas que emergem tardiamente (dominadas), em relação às primeiras, são menos eficientes no aproveitamento dos recursos do ambiente (RODRIGUES; GUADAGNIN; PORTO, 2009; EMBRAPA, 2010; FEPAGRO; EMATER-RS/ASCAR, 2011).
2.4 Aspectos agronômicos da semeadura de feijão
A área cultivada atualmente com feijão no Estado é de 100.000 hectares contra 200.000 hectares no final da década de 1990. No entanto a produtividade média no Estado passou de 716kg.ha-1 em 1990 para mais de 1000kg.ha-1 nas últimas safras. No Rio Grande do Sul são utilizadas, além das variedades crioulas, cerca de 20 cultivares em sua maioria do grupo comercial preto (cerca de 90% do feijão produzido e consumido pelos gaúchos). Também é cultivado e consumido o feijão dos grupos carioca, rajado, rosinha ou roxinho, branco, pintado e demais grupos específicos (COMISSÃO TÉCNICA SUL-BRASILEIRA DE FEIJÃO, 2009).
Conforme o tipo de solo, a profundidade de semeadura pode variar de 0,03 a 0,04m para solos argilosos ou úmidos e de 0,05 a 0,06m para solos arenosos. Em períodos com temperaturas mais baixas deve-se utilizar profundidades de 0,03 a 0,04m, prevenindo o ataque de fungos do solo (EMBRAPA, 2003; COMISSÃO TÉCNICA SUL-BRASILEIRA DE FEIJÃO, 2009).
Espaçamentos de 0,40 a 0,60m entre fileiras e com 10 a 15 plantas por metro linear, em geral, proporcionam os melhores rendimentos. A taxa de aplicação de sementes varia numa faixa de 45 a 120kg.ha-1 (EMBRAPA, 2003). O uso de populações de plantas maiores do que a recomendada pode ser uma prática útil no controle de plantas daninhas (JAUER et al.2003). Schamne et al. (2002) encontraram maior rendimento com espaçamento de 0,30m em relação ao de 0,60m, recomendando no máximo, 0,50m entre fileiras.
Os espaçamentos mais convenientes e utilizados são de 0,4 e 0,5m. Espaçamentos de 0,3m são desaconselhados quando previsto controle mecânico de plantas concorrentes (daninhas) e espaçamentos de 0,6m são possíveis em solos com alta fertilidade. Para semeadura em covas os espaçamentos recomendados são de 0,4 a 0,5m entre linhas e de 4 a 5 covas por metro linear, contendo no máximo quatro sementes. Quando realizada a semeadura em linha, o número de sementes por metro varia de seis a 18 sementes, considerando espaçamentos de 0,3 a 0,6m entre linhas e populações entre 200.000 e 300.000 plantas.ha-1 (COMISSÃO TÉCNICA SUL-BRASILEIRA DE FEIJÃO, 2009).
2.5 Metodologias de Projeto de Máquinas Agrícolas
Com a intenção de disponibilizar máquinas para práticas conservacionistas na agricultura, a indústria de máquinas agrícolas gerou e adaptou, preferencialmente, soluções à agricultura de média e larga escala. Foram desenvolvidas máquinas destinadas às médias e grandes propriedades rurais. Os equipamentos disponibilizados são de elevado custo, grande porte e altamente exigentes em termos de potência para sua tração. Apesar da disponibilidade de crédito para investimento, para a AF, as máquinas agrícolas comercializadas geralmente não são utilizáveis ou adequadas à realidade desses agricultores, apresentando sérias deficiências. Há, portanto, necessidade e oportunidade para melhoria destes equipamentos (TEIXEIRA, 2009; MACHADO et al., 2010b; ROMEIRO FILHO, 2012).
As empresas fabricantes de pequenas máquinas agrícolas, incluindo as de tração humana ou manuais, são predominantemente de pequeno porte, consolidadas no mercado e com origem e controle familiar. Possuem uma gama de produtos diversificada, sendo o setor de fabricação o mais carente de qualificação. A inovação é baseada predominantemente em conhecimento próprio, buscando obter, em seus produtos, vantagens competitivas de qualidade e preço. Há baixo relacionamento externo em termos de arranjos institucionais e parcerias para suporte à inovação. Grande parte das informações e conhecimentos usados nesse processo vem da própria empresa, dos clientes, da assistência técnica e/ou revendas. A interação com instituições de ciência e tecnologia é geralmente restrita àqueles empresários que tiveram educação profissional formal. O design, documentação e dimensionamento dos produtos ainda são conduzidos de modo empírico e sem a adoção de técnicas e conhecimentos consagrados. Os processos de fabricação presentes na maioria dessas empresas são a forjaria, tratamento térmico, usinagem, corte e dobra, soldagem e pintura (CASÃO JUNIOR; ARAÚJO; FUENTES, 2008).
Segundo Romeiro Filho (2012), para a pequena propriedade a utilização de ferramentas de baixo custo e forte adequação tecnológica é essencial. Tendo em vista a necessidade de novas soluções adequadas à pequena escala de produção, deve-se compreender as necessidades e características bastante peculiares desse agricultor que, na maior parte das vezes, não possui domínio sobre sistemas
tecnológicos considerados avançados e apresenta restrições importantes em termos de condições temporais para o trabalho no campo. É indispensável considerar as reais necessidades dos agricultores (público tradicionalmente conservador), seus dados geográficos, climáticos, demográficos, culturais e sociológicos para adequadamente transferir e difundir novas soluções tecnológicas. Devem ser analisados vários aspectos, específicos do trabalho e da vida rural, para um projeto ligado ao meio agrícola, a partir de uma abordagem centrada no usuário.
Os projetos de máquinas destinados à agricultura familiar, a exemplo dos demais projetos de máquinas agrícolas, devem respeitar as premissas básicas dos parâmetros de engenharia relacionados à ergonomia, segurança, baixo custo operacional e de aquisição e pouca exigência de potência. Frente a isso, pesquisadores vêm adotando e desenvolvendo metodologias para o projeto de produtos e equipamentos mais adequados às necessidades dos seus usuários. Esses modelos de processo de projeto permitem o desenvolvimento de soluções considerando as funções do produto, segurança, aspectos econômicos, de montagem e fabricação. O projeto é orientado passo a passo desde a identificação do problema até a documentação final do produto (FONSECA, 2000; REIS, 2003; ALONÇO, 2004; ROZENFELD et al., 2006; BACK, et al., 2008; TEIXEIRA, 2008; BAXTER, 2011; OLDONI, 2012).
O Núcleo de Desenvolvimento Integrado de Produtos - NeDIP da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, através da compilação de vários outros modelos de processo de projeto, desenvolveu o Modelo de Fases. Esse é um dos mais utilizados no projeto de máquinas agrícolas, abordando as fases de projeto informacional, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto detalhado, conforme apresentado na Fig. 1 (OGLIARI, 1999; REIS 2003; OLDONI, 2012).
O referido modelo descreve detalhadamente as fases do processo de desenvolvimento de máquinas agrícolas. O propósito da primeira fase é o estabelecimento das especificações de projeto do produto a ser desenvolvido e na segunda fase o objetivo é o desenvolvimento de concepções alternativas que atendam ao problema a ser resolvido (REIS, 2003; ROZENFELD et al., 2006; BACK
Figura 2 – Modelo do processo de projeto proposto pelo NeDIP. Fonte: Oldoni, 2012. Na fase de projeto informacional realiza-se pesquisa por informações técnicas e de mercado para o produto a ser projetado. É definido o ciclo de vida do produto que engloba, além das fases de projeto, fabricação, montagem, embalagem, armazenagem, transporte, distribuição, comercialização, utilização, manutenção e retirada ou descarte do produto. São identificados os clientes (inclusive usuários) do produto, que são pessoas, órgãos ou instituições que têm interesse no produto e podem opinar, impor ou expressar exigências e necessidades com relação às características ou atributos do produto. Esses usuários ou clientes podem ser externos (que utilizam o produto), intermediários (que comercializam o produto) ou
internos (projeto e produção). A busca por informações relativas às necessidades dos usuários é baseada em alguns questionamentos:
a) Qual a finalidade de desenvolver o produto?
b) Quais os benefícios obtidos com o desenvolvimento? c) Quais melhorias trará o novo produto?
As necessidades dos usuários são desdobradas em características mensuráveis do produto e hierarquizadas em termos de importância. Conhecida como Matriz da Casa da Qualidade (Fig. 3), o QFD permite relacionar os requisitos dos usuários (clientes) com os de projeto, hierarquizando-os e permitindo priorizar os mais importantes durante as tomadas de decisão. Para cada uma dessas características é atribuído um valor meta, a forma de sua avaliação e condições indesejáveis (FONSECA, 2000; REIS, 2003; BACK, et al., 2008).
Figura 3 – Construção da matriz da casa da qualidade (QFD). Fonte: Adaptado de REIS (2003).
Na fase de projeto conceitual é estabelecida a estrutura funcional e atribuídos princípios de solução para as diferentes funções do produto. Esses últimos são combinados, formando diferentes concepções que serão avaliadas e selecionadas para melhor detalhamento e escolha da que melhor atende as necessidades dos usuários. A partir de decisões tomadas no projeto informacional e no projeto conceitual, começa-se a definir o leiaute do produto (arquitetura), cuja configuração definitiva ocorre na fase de projeto preliminar com a lista de materiais, processos de fabricação e de montagem geral, bem como o projeto de componentes. O resultado físico dessa fase são desenhos técnicos, construção de um protótipo, teste e análise de falhas. Na fase de projeto detalhado é disponibilizada toda a documentação técnica necessária à sua produção. Em outras palavras, são detalhados os procedimentos de fabricação e montagem, especificadas as características dos materiais, novos componentes e componentes padronizados (ROZENFELD et al., 2006; BACK et al., 2008, BAXTER, 2011).
3 MATERIAL E MÉTODOS
No presente trabalho foram realizadas as fases de projeto informacional e projeto conceitual, que fazem parte do modelo de processo de projeto proposto pelo NeDIP, conhecido como Modelo de Fases. A metodologia utilizada foi baseada nos trabalhos de Fonseca (2000), Reis (2003), Rozenfeld et al. (2006), Back et al. (2008), Teixeira (2008) e Oldoni (2012). Para a execução das fases de projeto montou-se uma equipe composta por docentes e discentes do Núcleo de Inovação em Máquinas e Equipamentos Agrícolas – NIMEq do Departamento de Engenharia Rural – DER da Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel – FAEM da Universidade Federal de Pelotas – UFPEL. A equipe era composta por quatro integrantes permanentes, sendo dois professores com mestrado e doutorado em diferentes áreas, um engenheiro agrícola (mestrando) e um técnico em agropecuária cursando Engenharia Agrícola. Buscando maior interdisciplinaridade, eventualmente participavam outros membros como agricultores, estudantes (graduandos, mestrandos e doutorandos), engenheiros agrônomos, engenheiros agrícolas, engenheiros mecânicos, técnicos em agropecuária, dentre outros.
3.1 Projeto Informacional
Na fase de projeto informacional analisou-se detalhadamente o problema de projeto, buscando-se todas as informações necessárias ao seu pleno entendimento. Foi definido o ciclo de vida da semeadora e seus respectivos clientes. As necessidades dos clientes foram identificadas por meio de pesquisa bibliográfica, análise de sistemas técnicos similares e consulta a especialistas. Com relação aos usuários externos, através de pesquisa bibliográfica, foram analisados resultados de caracterização e levantamento de necessidades de agricultores do RS por Storch et
al. (2004), Teixeira et al. (2009), Stefanello et al. (2009), Andersson (2010),
Machado, et al. (2010a), Caldeira, et al. (2011), e Oldoni (2012), direcionados a agricultores de base familiar, estabelecidos em municípios da Metade Sul gaúcha. Também foram consultados especialistas de instituições de pesquisa e extensão
rural. Em relação aos usuários internos, foram identificadas limitações e possibilidades quanto à fabricação e disponibilidade de materiais e componentes através de revisão bibliográfica, bem como para identificar as necessidades dos usuários intermediários.
As necessidades dos clientes (linguagem subjetiva) foram convertidas em requisitos de clientes (linguagem de engenharia). Essa tarefa foi realizada pela equipe de projeto, originando frases curtas compostas dos verbos “ser”, “estar” ou “ter” seguidos de um ou mais substantivos ou outro verbo diferente associado a um substantivo.
Os requisitos de clientes foram convertidos pela equipe em requisitos de projeto (parâmetros, grandezas físicas, funções e restrições) através de uma lista de atributos de qualidade do produto. Os requisitos de projeto foram hierarquizados através da aplicação da ferramenta QFD (Quality Function Deployment - Desdobramento da Função Qualidade), utilizando-se para isso o software WinQFD, desenvolvido por pesquisadores do NeDIP/UFSC e disponibilizado gratuitamente. Para aplicar o QFD, os requisitos dos clientes foram valorados através do Diagrama de Mudge. Essa valoração, em ordem de importância, foi utilizada para preenchimento do campo 4 do QFD (Fig. 3).
Comparou-se cada requisito das linhas com todos os requisitos das colunas, exceto os iguais, um a um, até obter-se o somatório individual de pontos. A equipe decidiu qual requisito do par era o mais importante e o nível de importância, atribuindo valores de 1 (A), 3 (B) ou 5 (C). Tendo-se o somatório dos pontos de cada requisito de usuários, estes foram divididos em cinco categorias, configurando a valoração dos requisitos dos clientes, com valores inteiros de um a cinco.
Após a obtenção dos requisitos de clientes (valorados) e requisitos de projeto, aplicou-se a ferramenta QFD, onde cada um dos requisitos de projeto foi comparado com os requisitos dos clientes quanto ao grau de relacionamento, sendo atribuídos valores de 0; 1; 3 ou 5, preenchendo o campo 3 da matriz (Fig. 3). Foi utilizado o seguinte procedimento: (a) iniciando pelo primeiro “COMO”, perguntava-se – pode esse “COMO” influenciar esse “O QUÊ”? Esse “O QUÊ” afeta esse “COMO”? (b) quando a equipe respondia sim a uma das perguntas anteriores, perguntava-se – a relação é fraca, média ou forte? (c) passava-se à análise do próximo ‘O QUÊ”, repetindo-se o procedimento anterior, ao chegar-se ao último item, passava-se para o próximo “COMO”.
Para cada requisito de projeto foi realizado o somatório do produto dos valores obtidos na comparação, dos requisitos de projeto com os de clientes, pela valoração obtida no Diagrama de Mudge. A classificação foi determinada pela pontuação obtida gerando-se a primeira hierarquização, que não considera o critério do telhado.
Na parte superior da matriz ou telhado foram correlacionados os requisitos de projeto. Os requisitos de projeto foram confrontados, procurando-se identificar qual o efeito da obtenção individual de cada um deles sobre todos os demais. Quando a maximização desejada de um requisito levava a um aumento, também desejável, em outro requisito considerou-se a correlação positiva entre eles. Quando ocorria o contrário e a maximização de um requisito causava um decréscimo indesejado em outro, considerou-se a correlação entre eles negativa (conflitante). Adotou-se valores de 3 para “Fortemente positivo”, 1 para “Positivo”, 0 para “Nenhum”, -1 para “Negativo” e -3 para “Fortemente negativo”. Esses valores foram somados para cada um dos requisitos de projeto e totalizados juntamente com os valores da primeira hierarquização, obtendo-se a segunda hierarquização, devendo a equipe decidir qual deveria ser adotada.
Para obtenção das especificações de projeto foi aplicado o quadro de especificações, associando os requisitos de projeto à meta a ser atingida (quantitativa) à forma de avaliação da meta estabelecida e aos aspectos a serem evitados. A lista de especificações foi dividida em três partes (terços superior, médio e inferior) em ordem decrescente de importância.
3.2 Projeto conceitual
Inicialmente foi realizada a verificação do escopo do problema, objetivando fazer um estudo compreensivo do problema num plano abstrato. Buscando eliminar preferências pessoais e generalizar o problema, enfatizou-se o que era essencial, permitindo que a formulação da função global e o entendimento das restrições essenciais fossem claros sem considerar soluções no momento. Através da abstração e da análise das especificações de projeto foi identificada a natureza do problema e identificadas possíveis restrições.
Foi estabelecida a estrutura funcional de maneira abstrata, através das funções que a semeadora deve realizar. Inicialmente foi estabelecida a função global
da máquina baseada no fluxo de material, energia e sinal. A partir da função global, foram feitos os desdobramentos em funções parciais, auxiliares e elementares, formulando-se estruturas funcionais alternativas, em forma de diagrama de blocos, das quais foi escolhida a mais adequada. Para selecionar as estruturas funcionais foi utilizada a Matriz de Decisão, com base nos requisitos técnicos e de custo mais importantes, os quais derivam dos requisitos de projeto (QFD) e dos clientes (Mudge).
Através da utilização do método da matriz morfológica, auxiliada por pesquisa bibliográfica e análise de sistemas técnicos existentes, foram pesquisados princípios de solução, na forma de efeitos físicos e portadores de efeito físico, para as subfunções da estrutura funcional. Nessa matriz foram dispostas as funções elementares com seus respectivos princípios de solução, que foram combinados para atender as especificações e restrições do projeto.
A seleção das melhores combinações foi dividida em quatro partes:
a) Julgamento da viabilidade: com base na experiência da equipe, foi determinado se a combinação era não viável, condicionalmente viável,
deve ser considerada (viável);
b) Avaliação de disponibilidade de tecnologia: baseada no estado da arte buscou-se responder aos questionamentos sobre processos de produção, parâmetros funcionais críticos e sua sensibilidade, modos de falha, dentre outros;
c) Exame passa/não passa: baseado em questionamentos, referentes às necessidades dos usuários, para cada combinação que foram respondidos com sim ou possivelmente (passa) ou não (não passa); d) Matriz de avaliação: baseando-se em critérios elaborados a partir das
necessidades dos clientes, as combinações restantes foram comparadas entre si, com base em uma combinação de referência (escolhida pela equipe).
As combinações de princípios de solução escolhidas foram detalhadas através de representação gráfica e simulação através de programas computacionais. Aplicando-se o método da matriz de avaliação, nesse caso utilizando os requisitos de projeto e uma concepção como referência, foram comparadas as concepções. Os pesos utilizados para os requisitos de projeto foram suas percentagens de
pontuação obtidas no QFD e os escores utilizados para a avaliação do atendimento dos requisitos em relação à referência foram:
a) +2, muito melhor; b) +1, melhor;
c) M, da mesma forma; d) -1, de modo pior; e) -2, de modo muito pior.
Para o cálculo dos pesos totais, multiplicou-se cada escore pelo peso do requisito de projeto analisado, e após foram somados os resultados de cada concepção. A melhor concepção de equipamento foi aquela que obteve a maior pontuação e, portanto, escolhida para a continuidade do projeto, através da sua evolução e aprimoramento, finalizando a fase de projeto conceitual.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Necessidades dos clientes do projeto
A partir da definição do produto a ser projetado, foram identificadas as fases do ciclo de vida da semeadora e seus respectivos clientes (Tabela 1).
Tabela 1 – Fases do ciclo de vida e clientes da semeadora. FASES DO CICLO
DE VIDA
CLIENTES
Internos Intermediários Externos
PROJETO Equipe de projeto
TESTES Equipe de projeto, agricultores, técnicos de centros de pesquisa PRODUÇÃO (compras, fabricação, montagem) Oficinas, serralherias, agricultores e posteriormente empresas fabricantes COMERCIALIZAÇÃO (marketing, armazenagem, distribuição, vendas) DER, associações e cooperativas de agricultores e revendas USO (regulagem, operação, manutenção) Assistência técnica, extensionistas, instituições de pesquisa, DER Agricultores RETIRADA (descarte, reciclagem, reutilização) Agricultores, oficinas, serralherias, revendas, desmanches
Focando nas fases do ciclo de vida da semeadora, foram direcionados estudos acerca do que se necessita conhecer sobre o relacionamento dos clientes com o equipamento (Tabela 2).
Tabela 2 – Informações a serem obtidas nas fases do ciclo de vida da semeadora. FASES DO
CICLO DE VIDA
O QUE SE NECESSITA CONHECER
Projeto
O que é mais importante quando se considera a precisão funcional da semeadora.
Aspectos desejáveis (e indesejáveis) na semeadora. Produção
Características de fabricação desejáveis. Características de montagem desejáveis. Materiais facilmente encontrados e pré-conformados. Comercialização
Vantagens da utilização de semeadora de precisão. Custos relativos à aquisição.
Motivação da compra.
Uso
Principais problemas das semeadoras manuais. Características operacionais desejáveis.
Aspectos de operação e regulagem.
Aspectos de manutenção (mão de obra, frequência, custo, acessos, ferramental).
Quanto à caracterização (tab. 3) e levantamento de necessidades de agricultores do RS, a partir dos estudos indicados na metodologia e apresentados na revisão de literatura, foram obtidos dados nos municípios de Arroio do Padre (1), Canguçu (2), Herval (3), Jaguarão (4), Pelotas (5), Morro Redondo (6), Rio Grande (7), São José do Norte (8), São Lourenço do Sul (9), Tavares (10) e Turuçu (11).
A renda bruta e a disponibilidade em investir em novos equipamentos, por parte dos agricultores (usuários), são diversas. As culturas do milho e do feijão, destinadas, em grande parte, para subsistência, consumo na forma de alimento para animais ou mesmo para a família, não demonstra claramente seu valor financeiro. Portanto a equipe de projeto equacionou os custos de fabricação em função do ganho em desempenho técnico das culturas pela utilização da semeadora em pequenas áreas de cultivo. Ou seja, quanto se ganha em produtividade, obtendo-se estandes adequados, com a utilização da semeadora.
Tabela 3 – Características das propriedades rurais, em porcentagem, de alguns municípios da Metade Sul do RS, de acordo com diferentes autores.
Autor A (ha) AC (ha) SC M F SM
Storch et al. 2004 α 79% < 20 * M: 18,9 * M: 5,6 α * M: 3,1 # - - - - Teixeira, et al. 2009 α 70% < 20 65% < 5 83% 24% 16% 78% Stefanello et al. 2009 # 76% < 30 82% < 15 67% 95% 68% 54% Andersson, 2010 # * V: 8 a 52 * C: 10 a 30 * M: 29 * V: 3 a 27 * M: 14 - 26% 23% - Machado et al. 2010 # 56% < 20 63% < 10 85% 100% 80% 68% Caldeira et al. 2011 α 65% < 20 83% < 10 88% 87% 70% - Oldoni, 2012 © 58% < 25 - - 58% 63% -
Onde: α: agricultores praticantes da agricultura agroecológica; #: agricultores praticantes da agricultura convencional; ©: produtores de cebola; A: área total da propriedade em hectares; AC: área utilizada para cultivos anuais; SC: utiliza sistema convencional de cultivo; M: cultiva milho; F: cultiva feijão; SM: utilização de semeadoras manuais.
* V: variação em hectares; C: maior concentração em hectares; M: média em hectares
Quanto à implantação das culturas de feijão e milho, o tipo de sementes utilizadas compreende as cultivares recomendadas, sementes crioulas, reproduzidas pelos agricultores, e em alguns casos, cultivares não recomendadas de feijão. Essas sementes podem ou não ser classificadas por tamanho, dependendo de sua origem e disponibilidade de equipamentos para essa tarefa no caso de reprodução dessas sementes pelo próprio agricultor.
Outra necessidade dos agricultores é que a máquina permita a semeadura direta de mais de uma cultura. Dessa forma, a densidade populacional (número de plantas por hectare) é determinante para o projeto da semeadora no que tange à densidade de plantas na linha de semeadura. Mesmo possuindo apenas uma linha de semeadura, a largura entre linhas adotada determinará qual o espaçamento entre plantas deverá ser utilizado. Como a semeadora será necessariamente
puncionadora, a partir da densidade de plantas por hectare se chegará à distância entre os puncionadores.
Para que sejam alcançados os melhores desempenhos técnicos das culturas do milho e do feijão (quantitativo e qualitativo), a semeadora deve realizar com precisão a dosagem de sementes com mínima danificação das mesmas. Deve também acondicionar adequadamente as sementes no solo a profundidades regulares. Essa necessidade ficou claramente demonstrada, em função das densidades populacionais em lavouras das referidas culturas, o que foi confirmado por extensionistas e pesquisadores da região.
O arranjo espacial de plantas mais próximo à equidistância entre estas pode proporcionar aumento de produtividade nas culturas do milho e do feijão. Promove ainda uma melhor condição para as culturas principais suprimirem as plantas concorrentes (daninhas), pois com um correto manejo é possível suprimi-las associando a cobertura vegetal com a melhor distribuição espacial das plantas da cultura. Com isso é possibilitada a mitigação da utilização de agrotóxicos.
Constatou-se que, eventualmente, é necessário transitar entre as fileiras para realizar tratos culturais, como a capina, a adubação e a pulverização. No entanto, há casos em que não são realizados tratos culturais nessas plantações. Desta forma definiu-se uma limitação quanto ao espaçamento mínimo entre as linhas de semeadura, que inicialmente deve ser maior que 0,4 m para o feijoeiro, aproximadamente o espaço necessário para uma pessoa transitar entre as fileiras de plantas com os equipamentos. No caso do milho essa distância deve ser maior, devido à maior estatura da cultura que forma um corredor estreito devido às folhas que, geralmente, são cortantes e causam ferimentos leves (porém incômodos) nos braços dos trabalhadores. Entretanto, a redução do espaçamento entre linhas deve ser considerada, pois traz alguns benefícios convenientes aos agricultores, como distribuição mais equidistante das plantas e, consequentemente, melhor aproveitamento da água e nutrientes disponíveis no solo e cobertura mais rápida do solo, suprimindo plantas concorrentes.
As culturas são cultivadas em diferentes distâncias entre linhas, e para que a semeadora realize a operação de semeadura de milho e feijão, nas diversas condições de trabalho, é necessário que a mesma permita ajustes na forma de regulagens. As regulagens por sua vez devem ser fáceis de serem realizadas e de forma intuitiva. As mesmas têm de permitir ajustes dentro dos limites aceitáveis,
